Способ и устройство для предотвращения контакта кислорода с металлическим расплавом

Способ и устройство для предотвращения контакта кислорода с металлическим расплавом

Реферат

 

Изобретение относится к металлургии, конкретно к непрерывной разливке металлических расплавов. При разливке металлического расплава для полного предотвращения контакта кислорода с металлическим расплавом и, тем самым, повторного окисления стремящийся проникнуть через возможные щели между поверхностями разливочных валков и кожуха и/или приставший к этим поверхностям кислород подвергают химическому превращению с образованием безвредного для металлического расплава соединения. При использовании изобретения обеспечивается предотвращение повторного окисления металлического расплава при разливке. 2 с. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу предотвращения контакта кислорода с металлическим расплавом при непрерывной разливке, причем металлический расплав затекает в ограниченное стенками разливочное пространство и выходит из него в виде отливки, а также к устройству для осуществления способа.

При непрерывной разливке в разливочном пространстве происходит скопление металлического расплава, который необходимо предохранить от повторного окисления, а зеркало его ванны - от сильной теплоотдачи в результате излучения. При традиционной непрерывной разливке зеркало ванны покрывают для этой цели литейным порошком или маслом.

Для литья тонких лент известны различные способы, в которых разливочное пространство образовано не неподвижными стенками, а одной движущейся вместе с отливкой стенкой или несколькими движущимися вместе с отливкой стенками, например гусеничной лентой согласно европейской заявке 0526886 или валком согласно европейской заявке 0568211 или европейскому патенту 0040072 или двумя движущимися навстречу друг другу разливочными валками согласно заявке США 4987949 или европейскому патенту 0430841. При осуществлении этих способов невозможно надежно защитить металлический расплав литейным порошком или маслом от повторного окисления или теплоотдачи, как это в большинстве случаев происходит в разливочных пространствах или кристаллизаторах с неподвижными стенками.

Из европейского патента 0430841 у двухвалковой разливочной установки известна защита зеркала ванны кожухом от сильной теплоотдачи в результате излучения и от повторного окисления. У этого решения, однако, оказалось, что на поверхностях контакта между кожухом и разливочными валками как у кожуха, так и у разливочных валков возникает сильный износ и из-за тепловой деформации деталей невозможно предотвратить проникновение воздуха и, тем самым, кислорода через щели между ограничивающими разливочное пространство стенками. Происходит повторное окисление расплава со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Для уменьшения проникновения воздуха через щель между кожухом и разливочными валками в заявке США 4987949 и в европейской заявке 0714716 предложено вдувание в определенную щель между кожухом и разливочными валками инертного газа, преимущественно азота или аргона, и возведение, таким образом, барьера против проникновения воздуха. Этой меры, однако, недостаточно для полного предотвращения проникновения воздуха в разливочное пространство и, тем самым, к зеркалу ванны, так что, с одной стороны, по-прежнему на поверхности ванны образуются оксиды металла, приводящие к дефектам внутри металлической ленты. С другой стороны, на поверхности образующейся оболочки отливки образуются оксиды металла или же кислород диффундирует в краевой слой металлической ленты и образует там включения, что повышает склонность к трещинообразованию. Несмотря на подачу инертного газа, в так называемом ламинарном нижнем слое пограничного слоя потока застрявший в микрошероховатостях поверхности валков воздух заносится в разливочное пространство. Этот нижний слой застревает в микрошероховатостях поверхности валков, и его невозможно удалить ни контактными скользящими уплотнениями, ни бесконтактными уплотнениями.

Из заявки Японии 4300049 известно уплотнительное устройство между двумя вращающимися навстречу друг другу разливочными валками и кожухом при двухвалковом способе разливки, через которое проходят подвод для инертного газа и подвод для горючего газа. При этом на первом этапе обработки вращающиеся в направлении ванны расплава разливочные валки обдувают инертным газом, что предотвращает доступ больших количеств кислорода воздуха к ванне расплава. На следующем этапе обработки с помощью горючего газа сжигают проникающую, тем не менее, в щель между поверхностью разливочных валков и уплотнительным устройством долю кислорода воздуха. Это решение, однако, не предотвращает без остатка проникновение кислорода в плавильное пространство. Такого полного сжигания, чтобы не оставалось никакой доли остаточного кислорода, обеспечить невозможно.

Изобретение ставит своей целью устранение этих недостатков и трудностей, а своей задачей - создание способа описанного выше рода, а также устройства для непрерывной разливки, с помощью которого можно предотвратить контакт кислорода с металлическим расплавом и которое полностью предотвращает повторное окисление, а именно даже тогда, когда возникает сильный износ в щелях, имеющихся между образующими разливочное пространство стенками. В частности, должно быть возможным удаление также так называемого ламинарного нижнего слоя, а именно приставшего к образующим разливочное пространство стенкам или привнесенного воздушного слоя, и предотвращение привнесения газов сгорания с содержанием остаточного кислорода.

Эта задача решается в способе описанного выше рода за счет того, что после сжигания горючего газа к освобожденной в результате этого от кислорода поверхности разливочных валков подают инертный газ.

Для того чтобы не допустить проникновения к металлическому расплаву даже минимальных количеств кислорода, сжигание целесообразно осуществлять стехиометрически или ниже стехиометрического, т.е. при нехватке кислорода, причем преимущественно сжигание осуществляют на 1-50% ниже стехиометрического.

В качестве горючего газа используют предпочтительно газообразный углеводород, например метан, ацетилен и т.п., или их смеси или также формиргаз, такой как смешанные газы ₂ и Н₂.

Для обеспечения различных эксплуатационных условий при непрерывной разливке целесообразно осуществлять измерение химического состава образующихся при сжигании газов и в зависимости от результата осуществляют регулирование или управление процессом превращения, например, путем установления отношения количества горючего газа к количеству необходимого для процесса горения кислорода.

Другая предпочтительная форма выполнения отличается тем, что кислород сжигают посредством газов и/или жидкостей, которые используют с температурой 0-300^oС, преимущественно подогретыми, и далее, предпочтительно с давлением 0,5-5 бар. Для этого особенно предпочтительными являются углеводороды.

Другая предпочтительная форма выполнения отличается тем, что непосредственно по соседству с зоной сжигания кислорода на ограничивающей разливочное пространство стенке инертный газ подают к последней слоем толщиной, по меньшей мере, 0,5 мм, преимущественно, по меньшей мере, 5 мм и преимущественно с давлением набегающего потока, составляющим 0,6-1,5-кратную, преимущественно 0,95-1,05-кратную величину атмосферного давления.

Устройство, с помощью которого можно предотвратить контакт кислорода с металлическим расплавом при непрерывном литье металлической ленты, преимущественно стальной ленты, двухвалковым способом, содержит два вращающихся навстречу друг другу разливочных валка с расположенными рядом параллельно друг другу осями и двумя боковыми щитками, образующими сообща разливочное пространство для приема жидкого металла, кожух, который расположен над разливочным пространством и закрывает его сверху, а также уплотнительное устройство, которое предотвращает доступ воздуха в разливочное пространство вдоль щели, образованной кожухом и вращающимися разливочными валками, подвод для горючего газа и подвод для инертного газа, отличается тем, что уплотнительное устройство образовано горелкой, преимущественно газовой горелкой, расположенной со стороны атмосферы вблизи щели между вращающимися разливочными валками и кожухом, и между кожухом и горелкой расположен подвод для инертного газа.

Предпочтительное выполнение горелки возникает тогда, когда горелка состоит из расположенной на расстоянии от поверхности разливочных валков, проходящей в направлении их оси камеры для горючего газа и снабжена подающим трубопроводом для горючего газа и, по меньшей мере, одним выходным отверстием для горючего газа, направленным к поверхности разливочных валков, преимущественно наискось и навстречу направлению движения разливочных валков к их поверхности. Выходное отверстие для горючего газа может быть выполнено в виде щелевого сопла, а также в виде круглого сопла. Важным для полного сгорания кислорода воздуха является то, что перед образованной кожухом и разливочным валком щелью поддерживается непрерывный фронт пламени.

Для осуществления целенаправленного управления сжиганием предпочтительно, чтобы выходные отверстия для горючего газа заканчивались в открытой к поверхности разливочных валков пламенной камере. За счет этого дополнительно можно уменьшать расход горючего газа, поскольку пламенная камера и поверхность разливочных валков образуют в значительной степени закрытое пространство, в которое подача воздуха возможна больше через щель между стенкой пламенной камеры и поверхностью разливочных валков. Действие пламенной камеры улучшается за счет того, что она соединена с воздухоподводом и содержит присоединение для газоанализатора. С помощью воздухоподвода становится возможным целенаправленное управление сжиганием в зависимости от зарегистрированного газоанализатором состава дымовых газов.

Согласно особой форме выполнения подвод для горючего газа имеет выполненное в виде сопла выходное отверстие, которое направлено к поверхности разливочных валков преимущественно наискось и навстречу направлению движения разливочных валков к их поверхности. Благодаря этой мере на разливочный валок наносится близкий к нему слой инертного газа и таким образом создается прекрасная защита от доступа кислорода или воздуха. При нанесении на разливочный валок слоя инертного газа толщиной несколько миллиметров и при использовании инертного газа тяжелее воздуха необязательно, чтобы кожух примыкал непосредственно к подводу для инертного газа и к горелке.

Предпочтительно, если между горелкой и подводом для инертного газа предусмотрено уплотнение, преимущественно пластинчатое уплотнение.

Другие признаки и преимущества вытекают из нижеследующего описания устройства и способа литья металлической ленты в нескольких формах выполнения.

На фиг.1 изображено сечение двухвалковой разливочной установки с уплотнительным устройством согласно изобретению, в двух формах выполнения.

На фиг.2 изображен фрагмент фиг.1 горелки согласно изобретению с пламенной камерой.

Двухвалковая разливочная установка, изображенная на фиг.1 схематично в разрезе, содержит два приводимых разливочных валка 1, 2, расположенные параллельно друг другу оси 3, 4 которых лежат в одной горизонтальной плоскости. Оба вращающихся навстречу друг другу по стрелкам 5, 6 разливочных валка 1, 2 снабжены внутренним охлаждением (не показано) для их рубашки, образующей поверхность 7 разливочных валков. Разливочные валки 1, 2 и боковые щитки 8 образуют разливочное пространство 9, в которое из плавильного резервуара или распределительного сосуда (не показан) через снабженное выходными отверстиями 11 подающее сопло 10 поступает расплав 20. Разливочное пространство 9 ограничено сверху от разливочных валков 1, 2 и боковых щитков кожухом 13, имеющим со стороны расплава огнеупорную облицовку 14 для защиты расплава 20 от слишком больших тепловых потерь и от повторного окисления кислородом воздуха. С помощью несущего устройства 15 для кожуха 13, юстируемого регулировочными элементами 17 относительно неподвижной станины 16, устанавливают нужную минимальную щель 18 между кожухом 13 и разливочными валками 1, 2. Через кожух 13 проходит подающее сопло 10, причем между этими обеими деталями предусмотрена, по возможности, небольшая щель, закрываемая при необходимости уплотнением.

С помощью двухвалковой разливочной установки такой конфигурации можно отливать тонкую металлическую ленту, в частности стальную ленту, толщиной от 1 до 12 мм, причем разливаемый расплав 20, как описано выше, непрерывно вводят в разливочное пространство 9. На вращающихся навстречу друг другу и охлаждаемых разливочных валках 1, 2 образуются становящиеся все более толстыми оболочки отливки, которые в самом узком сечении между разливочными валками соединяются в отформованную разливочными валками ленту. Толщина выдаваемой разливочными валками ленты определяется расстоянием между обоими разливочными валками.

Для того чтобы предотвратить доступ воздуха в разливочное пространство 9 вдоль щелей 18, образованных кожухом 13 и вращающимися разливочными валками 1, 2, перед этими щелями 18 расположена газовая горелка 23. Газовая горелка состоит из проходящей в направлении оси разливочного валка камеры 24 для горючего газа, присоединена к подающему трубопроводу 25 для горючего газа и имеет направленное к поверхности разливочного валка выходное отверстие 26 для горючего газа. В соответствии с формой выполнения, изображенной на правой половине фиг.1, выходное отверстие 26 направлено из камеры 24 для горючего газа радиально к поверхности 7 разливочного валка 2. В соответствии с формой выполнения, изображенной на левой половине фиг.1, выходное отверстие 26 направлено из камеры 24 для горючего газа наискось и навстречу направлению движения поверхности 7 разливочного валка. Выходное отверстие 26 может состоять также, само собой, из нескольких расположенных друг за другом более коротких щелей, которые расположены в ряд по всей длине разливочного валка. В качестве альтернативы возможны также круглые сопла, причем эти сопла образованы большим числом расположенных рядом расточек в противоположной поверхности разливочного валка стенке камеры для горючего газа.

На фиг. 2 изображен фрагмент уже известной из фиг.1 горелки 23, причем выходное отверстие 26 из камеры 24 для горючего газа заканчивается в пламенной камере 30. Только в пламенной камере 30, образованной U-образным корпусом, воспламеняются введенные горючие газы и сгорает привнесенный кислород. Пламенная камера 30 защищена в направлении поверхности 7 разливочного валка от слишком сильного доступа воздуха контактным пластинчатым уплотнением. Пламенная камера 30 соединена с воздухоподводом 31 и содержит присоединение 32 для газоанализатора.

Между кожухом 13 и горелкой 23 расположен подвод 35 для инертного газа, объединенные в один общий узел, благодаря чему исключена возможность доступа побочного воздуха с этой стороны и также отпадает необходимость независимой юстировки подвода 35 для инертного газа и горелки 23 по отношению к поверхности разливочного валка. Подвод 35 для инертного газа конструктивно выполнен в виде находящейся на расстоянии от поверхности 7 разливочного валка камеры 36 для инертного газа и имеет выполненное в виде сопла выходное отверстие 37. В соответствии с формой выполнения, изображенной на правой стороне фиг. 1, оно направлено радиально к поверхности 7 разливочного валка, а в соответствии с формой выполнения, изображенной на левой стороне фиг.1, направлено наискось и навстречу направлению движения поверхности 7 разливочного валка.

С помощью подвода для инертного газа по времени после сгорания горючего газа на поверхности разливочного валка на нее наносят тонкий слой инертного газа, предотвращающий проникновение газов сгорания в разливочное пространство 9. Для этого требуется толщина слоя, по меньшей мере, 0,5 мм, преимущественно более 5 мм. Оптимальные условия возникают тогда, когда давление набегающего потока инертного газа установлено на значение, составляющее 0,6-1,5-кратную, преимущественно 0,95-1,05-кратную величину атмосферного давления.

Формула изобретения

1. Способ предотвращения контакта кислорода с металлическим расплавом при непрерывной разливке посредством двух разливочных валков, включающий подачу металлического расплава в ограниченное поверхностями валков и кожуха разливочное пространство, получение из него отливки, сжигание кислорода воздуха, проникающего в щели между поверхностями разливочных валков и кожуха и/или приставшего к этим поверхностям с образованием безвредного для металлического расплава соединения, подачу инертного газа, отличающийся тем, что инертный газ подают после сжигания кислорода на освобожденную от кислорода поверхность разливочного валка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сжигание кислорода осуществляют стехиометрически или ниже стехиометрического.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что сжигание кислорода осуществляют на 1-50% ниже стехиометрического.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что кислород сжигают при помощи горючего газа, в качестве которого используют газообразный углеводород, например метан, ацетилен или их смеси, или формиргаз, например смесь газов N₂ и H₂.

5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что измеряют химический состав образующихся при сжигании газов и в зависимости от результата осуществляют регулирование и управление процессом, например, путем установления отношения количества горючего газа к количеству необходимого для процесса горения кислорода.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что кислород сжигают посредством газов и/или жидкостей, которые используют с температурой 0-300^oС, преимущественно подогретыми.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что газы или жидкости используют с давлением 0,5-5 бар.

8. Способ по любому из пп. 5-7, отличающийся тем, что для сжигания используют углеводороды.

9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что непосредственно по соседству с зоной сжигания кислорода на ограничивающей разливочное пространство поверхности инертный газ подают к последней слоем с толщиной по меньшей мере 0,5 мм, преимущественно по меньшей мере 5 мм и преимущественно с давлением набегающего потока, составляющим 0,6-1,5-кратную преимущественно 0,95-1,05-кратную величину атмосферного давления.

10. Устройство для предотвращения контакта кислорода с металлическим расплавом при непрерывном литье металлической ленты, преимущественно стальной двухвалковым способом, содержащее два вращающихся навстречу друг другу разливочных валка с расположенными параллельно друг другу осями, и двумя боковыми щитками, образующими сообща разливочное пространство для приема жидкого металла, кожух, который расположен над разливочным пространством и закрывает его сверху, а также уплотнительное устройство, которое предотвращает доступ воздуха в разливочное пространство вдоль щелей, образованных поверхностями кожуха и вращающихся разливочных валков, подающий трубопровод для горючего газа и подвод для инертного газа, отличающееся тем, что уплотнительное устройство образовано горелкой, преимущественно газовой, расположенной со стороны атмосферы вблизи щели между поверхностями вращающихся разливочных валков и кожуха, при этом подвод для инертного газа расположен между кожухом и горелкой.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что горелка состоит из расположенной на расстоянии от поверхности разливочных валков, проходящей в направлении оси разливочных валков камеры для горючего газа и снабжена подающим трубопроводом для горючего газа и по меньшей мере одним выходным отверстием для горючего газа, направленным к поверхности различных валков, преимущественно наискось и навстречу направлению движения разливочных валков к их поверхности.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что выходное отверстие для горючего газа выполнено в виде щелевого сопла.

13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что выходное отверстие для горючего газа выполнено в виде круглого сопла.

14. Устройство по любому из пп. 11-13, отличающееся тем, что оно снабжено пламенной камерой, открытой к поверхности разливочных валков, в которую выходят выходные отверстия для горючего газа.

15. Устройство по п. 14, отличающееся тем, что пламенная камера соединена с воздухоподводом и содержит присоединение для газоанализатора.

16. Устройство по любому из пп. 10-15, отличающееся тем, что подвод для инертного газа имеет выполненное в виде сопла выходное отверстие, которое направлено к поверхности разливочных валков преимущественно наискось и навстречу направлению движения разливочных валков к их поверхности.

17. Устройство по любому из пп. 10-16, отличающееся тем, что между горелкой и подводом для инертного газа предусмотрено уплотнение, преимущественно пластинчатое уплотнение.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2